Цифровой компенсационный фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(54) ЦИФРОВОЙ КОМПЕНСадИОННЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть испол зовано для измерения разности фаз двух переменных напряжений. Известен цифровой фазометр, содер жащий смесители, фильтры нижних частот, формирователи импульсов, элементы совпадения, триггер, пересчетные блоки, элемент И, генератор импульсов, регистр памяти и цифровой отсчетный злемент fl . К недостаткам указанного фазометр можно отнести наличие погрешности из мерения вследствие применения в трак так преобразования частоты нелинейных элементов-смесителей и из-за неидентичности каналов фазометра (возникают дополнительные фазовые набеги в каналах). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ци ровой автокомпенсационный фазометр, содержаьдай формирователь импульсов, индикатор нулевого фазового сдвига, реверсивный счетчик импульсов и элемент ИЛИ в каждом канале, а также элемент совпадений и импульсный генератор, выход которого связан со входами двух пересчетных схем, регистр памяти, цифровой отсчетный элемент 21 . Недостатком известного фазометра является наличие погрешности измерения из-за дополнительных фазовых набегов вследствие неидентичности кан алов фа з ометра. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой компенсационный фазометр, содержащий соединенные последовательно формирователь, индикатор нулевого фазового сдвига, реверсивный счетчик и элемент ИЛИ, а также генератор импульсов, выход которого подсоединен к входам двух пересчетных блоков, регистр памяти, входы которого соединены с выходами второго пересчетного блока, а выходы подключены к входам цифрового отсчетного элемента, причем управляю1дий вход регистра памяти соединен с выходом элемента совпадений, первый и второй входы которого соединены с выходом элемента ИЛИ и выходом заполнения первого пересчетного блока соответственно, введены триггер, четыре автоматических переключателя и счетчик импульсов, при этом выход счетчика импульсов соединен с первым входом триггера, вто рой вход которого является управляющим входом устройства, а выход триггера подключен к управляющим входам всех автоматических переключателей и третьему входу элемента совпаде&ия одновременно, причем два входа перво го автоматического переключателя являются входами устро ства, а выход соединен с входом формирователя импульсов, кроме того, входь второго и третьего автоматических переключателей подсоединены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, а выходы - к входам управления пересчетных блоков на опережение и отставание соответственно, при этом выход первого пересчетного блока соединен с первым входом четвертого автоматического переключателя, а выход второго.пересчетного блока - с вторым входом четвертого автоматического переключателя и входом счетчика импульсов одновременно, кроме того, выход четвертого автоматическо го переключателя подсоединен к управляющему входу индикатора нулевого фазового сдвига, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющими входами реверсивного счетчика и счет чика импульсов одновременно. На чертеже представлена блок-схема цифрового компенсационного фазометра. Фазометр содержит автоматический переключатель 1, входы которого подключены к источнику сигналов, формирователь 2 импульсов, индикатор 3 нулевого фазового сдвига, четвертый автоматический переключатель 4, первый и второй пересчетные блоки 5 и б генератор 7 импульсов, счетчик 8 импульсов, триггер 9, на вход установки в нуль которого поступает сигнал Начало измерения, второй и третий автоматические переключатели 10 и 11, реверсивный счетчик 12, элемент ИЛИ 13, элемент 14 совпадений, регистр 15 памяти и цифровой отсчетный элемент 16. Фазометр работает следующим образом.. По команде Начало измерения короткий положительный импульс устанав ливает триггер 9 в нулевое положение и все автоматические переключатели 1 4, 10 и 11 устанавливаются в верхнее положение, как изображено на -чертеже Входное напряжение U(t) через автоматический переключатель 1 поступает на вход формирователя 2, формирующего короткие импульсы в моменты, например,, положительных переходов исследуемых сигнсшов через нулевые.зна чения. Выходные импульсы формировате ля 2 поступают на вход индикатора 3 нулевого фазового сдвига, на второй вход которого подается йыхбдное напряжение автоматического дискретного фазовращателя, представляющего собой кольцевой пересчетный блок 5, через автоматический переключатель 4. Коэффициент пересчета блоков 5 и 6 выбирается равным 360-10, где п - число из ряда О, 1, 2, 3, ..., в зависимости от требуемой дискретности изменения фазы компенсирующего напряжения. Так, при необходимости получения дискретности в 0,01° (коэффициент пересчета равен 36000). Изменение фазы компенсирующего напряжения достигается путем управления пересчетного блока по входам управления на опережение или на отставание. Импульсы с выхода индикатора 3 нулевого фазового сдвига в зависимости от временного положения приходящих на их входы импульсов поступают на вход сложения или вычитания реверсивного счетчика 12 импульсов, где происходит накопление кода нарастающим или убывающим итогом соответственно. Применение реверсивного счетчика 12 импульсов вызвано необходимостью усреднения промежуточных результатов компенсации из-за флуктуации нуль-переходов исследуемых сигналов, возниксиощих за счет собственных шумов формирователя импульсов и наличия помех на входах фазометра. Емкость счетчика выбирается равной 2N, причем исходное значение кода соответствует N. При суммарном приращении кода счетчиков N или -N, что соответствует результирующему коду 2N или О, на выходных шинах реверсивного счетчика 12 формируются импульск, используемые для управления пересчетным блоком 5. При достижении в реверсивном счетчике импульсов кода 2N через автоматический переключатель 10производится подача на вход пересчетного блока 5 (через вход управления на опережение) дополнительного импульса, не совпадающего по времени с импульсами генератора 7, а при достижении результирующего кода О производится запрет прохождения импульса с генератора 7 (путем подачи импульСа с реверсивного счетчика 12 через автоматический переключатель 11на вход управления пёресчет.ного блока 5 на отставание). Импульсы с выходов- реверсивного счетчика 12 через элемент ИЛИ 13 устанавливают начальный код этого счетчика, после чего.цикл накопления повторяется. Эти же импульсы устанавливают в нуль счетчик 8 импульсов. Счетчик 8 необходим для того, чтобы выработать сигнал управления на переход к уравновешиванию сигнала Ufj(t) после завершения цикла уравновешивс ния по сигналу и/1 (t) . Емкость счетчика 8 Быбрс.на равной 2N +1 и, таким образом, в процессе уравновешивания ре5версивный счетчик 12 заполняется быстрее, чем счетчик 8. При равенстве нулю среднего значения фазового сдвига между сигнала ми с выходов фop /Iиpoвaтeля 2 и пере счетного блока 5 выходные им1ульсы индикатора 3 нулевого фазового сдви га равновероятно проходят на суммиру щий и вычитающий входы реверсивного счетчика 12, в результате чего импульйы на его выходах отсутствуют. .Это свидетельствует о том, что фазо вый сдвиг между исследуемым напряжением U-,(t) и сигналом с выхода пересчетного блока 5 равен нулю. Пр достижении в счетчике 8 импульсов кода 2N +1 на его выходе пояйляется импульс, устанавливающий три-ггер 9 в состояние 1. Это приводит к .переключению всех автоматических переключателей 1, 4, 10 и 11 в нижнее положение, и описанный выше процесс компенс:ации происходит для сигнала ) И сигнала с выхода пересчетного блока б. По-окончании процесса компенсации результирующий код, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу, считыва ется с одного из пересчетных блоков например б, при полном заполнении другого.Индикатором заполнения второг пересчетного блока, например 5, служит элемент 14 совпадений. При дости жении компенсации по обоим сигналам импульсы на выходе элемента ИЛИ отсутствуют, а триггер установлен в единичном положении и при полном заполнении пересчетного блока 5 на выходе элемента 14 совпадений появляется импульс, который подается на регистр 15 памяти, осуществляя перепись кода, установленного положения ми триггеров пересчетного блока б. Этот код дешифруется и регистрирует ся цифровым отсчетным элементом 16, показания которого соответствуют зн чению измеряемого фазового сдвига в градусах. Приведенное описание работы фазометра можно кратко изложить следующим образом. По команде Начало из- мерения все переключатели устанавливаются в верхнее положение и фаза выходного сигнала дискретного фазовращателя -на пересчетном блоке 5 по командам с индикатора 3 нулевого фазового сдвига изменяется до тех пор пока фазовый сдвиг между исследуемым напряжением и (t) и компенсирующим (сигнал с выхода пересчетного блока 5) станет равным нулю. Тогда происходит автоматическое переключение всех переключателей в нижнее положение и описанный выше процесс, происхо дит для сигнала ) и сигнала с выхода пересчетного блока б. Искомый фазовый сдвиг считывается с одного 1 из пересчетных блоков при полном заполнении другого. Таким образом, введение счетчика., импульсов, триггера и автоматических переключателей позволяет использовать для измерения фазовых сдвигов один канал в тракте преобразования сигналов, что значительно повышает точность измерения, так как устраняется погрешность от неидентичности каналов фазометра при сохранении присущей известному устройству помехоустойчивости. Указанные преимущества позволяют расширить сферу применения компенсационных фазометров и получить Существенный экономический эффект. Формула изобретения Цифровой компенсационный фазометр, содержащий соединенные последовательно формирователь, индикатор нулевого фазового сдвига, реверсивный счетчик и элемент ИЛИ, а также генератор импульсов, выход которого подсоединен к входам двух пересчетных блоков, регистр памяти, входы которого соединены с выходами второго пересчетного блока, а выходы подключены к входам цифрового отсчетного элемента, причем управляющий вход регистра памяти соединен с выходом элемента совпадений, первый и второй входы которого соединены с выходом элемента ИЛИ и выходом заполнения первого пересчетного блока соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены триггер, четыре автома.тических переключателя и счетчик импульсов, при этом выход счетчика импульсов соединен с первым входом триггера, второй вход которого является управляющим входом устройства, а выход триггера подключен к управляющим входам всех автоматических переключателей и третьему входу элемента совпадения одновременно, причем два входа первого ; автоматического переключателя являются входами устройства, а выход соединен с входом формирователя импульсов, кроме того, входы второго и третьего автоматических переключателей подсоединень к соответствующим выходам реверсиЕНОГо счетчика, а выходы - квходам управления пересчетных блоков на опережение и отставание соответственно, при этом выход первого пересчетного блока соединен с первым входом четвертого автоматического переключателя, а выход второго пересчетного блока - с вторым входом четвертого автоматического переключателя и входом счетчика импульсов одновременно, кроме того, выход четвертого автоматического переключателя подсоединен к управляющему входу индикатора нулевого фазового сдвига, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющими

входами реверсивного счетчика и счетчика импульсов одновременно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

/Wr1.Авторское свидетельство СССР 245913, кл. G 01 R 25/00, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2689665/18-21, 30.11,78.